Die Erfindung betrifft einen Ionisations-Feuermelder mit mindestens einer ein radioaktives Präparat enthaltenden und der Aussenatmosphäre zugänglichen Ionisationskammer, der ein Kondensator und ein Schwellenwertschalter mit einem vorgegebenen Schwellenwert zugeschaltet sind.
Durch die USA-Patentschrift 3 462 752 ist ein Ionisations Feuermelder bekannt geworden, bei welchem eine Ionisationskammer und ein Kondensator in Reihe liegen und ein Impulsgenerator über einen Schalter zwischen der Ionisationskammer und dem Kondensator angeschlossen ist. Der Schalter wird periodisch im Takt der festen Impulsfolgefrequenz geschlossen, wobei über diesen Schalter der Kondensator entladen wird und dessen Ladungsmenge zur Schaltung eines Transistorkreises dient.
Befindet sich nun in der Ionisationskammer Rauch oder Staub, so geht der Ionisationsstrom entsprechend zurück, weshalb der Lade-Kondensator der Ionisationskammer nur langsam geladen wird. Wird nun die Ladungsmenge auf diesen Ladekondensator mittels des Schalters auf den Transistor gegeben, so genügt dieser Strom zur Öffnung des Transistors nicht mehr, weshalb die Spannung an dem zweiten Kondensator ansteigt und einen weiteren Schaltkreis betätigt, der ein Alarmsignal auslöst.
Bei dieser Schaltung ist als Schalter zwischen Impulsgenerator und Ionisationskammer ein Relais verwendet, wodurch sich Isolationsströme ergeben, die bei den geringen Ionisationsströmen schon beträchtlich ins Gewicht fallen können. Schaltungstechnisch ist diese Vorrichtung nur sehr schwer zu eichen, da keine Vergleichsgrössen entsprechend einer rauchfreien Ionisationskammer herangezogen werden können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Ionisations-Feuermelder der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der ohne zusätzliche Messinstrumente direkt eine Aussage über die Rauchkonzentration gibt und exakt eichbar ist. Des weiteren soll die Funktionstüchtigkeit und die Betriebssicherheit gegenüber herkömmlichen Ionisations-Feuermeldem verbessert werden, insbesondere der Ionisations Feuermelder von einer Signalwarte aus geprüft werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass erfindungsgemäss Mittel vorhanden sind, um den analogen Entladestrom der Ionisationskammer in eine digitale Impulsfolge umzusetzen, deren Impulsfolgefrequenz mit einer fest vorgegebenen Impulsfolgefrequenz eines Vergleichsimpulsgenerators verglichen wird, der von den Entladeimpulsen synchronisiert ist und bei Nichtsynchronisation ein Alarmsignal auslöst.
Der Vorteil vorliegender Erfindung besteht darin, dass hier eine Analog-Digital-Umwandlung des Ionisationskammerstromes und somit des Kondensatorstromes in eine Impulsfolge variabler Frequenz stattfindet. Diese Impulsfolge variabler Frequenz wird mit einer Impulsfolge fester Frequenz verglichen. Eine Abweichung der beiden Frequenzen löst dann ein nachgeschaltetes Signal aus.
Die Analog-Digital-Umsetzung kann z.B. durch einen Spannungsschwellenwertschalter erfolgen derart, dass beim Erreichen eines vorgegebenen Spannungswertes an einen zur Ionisationskammer in Serie geschalteten Kondensator der Schwellenwertschalter einen Impuls abgibt und gleichzeitig der Kondensator entladen wird, so dass ein neuer Zyklus beginnen kann.
Zwischen den Kondensator und den Schwellenwertschalter kann ein Impedanzwandler geschaltet sein, damit die sehr kleinen Ionisationskammerströme verstärkt werden können.
Wenn für diesen Impedanzwandler ein geeigneter Feldeffekt Transistor in Verbindung mit einem Schalttransistor verwendet wird, so kann diese Kombination gleichzeitig zu notwendigen Entladung des Kondensators dienen.
Die Analog-Digital-Umwandlung des Ionisationskammerstromes in eine Impulsfolge variabler Frequenz kann in vorteilhafter Weise auf einen Zähler gegeben werden und so die Impulse gezählt werden. Der Ionisations-Feuermelder kann nun so eingestellt werden, dass erst nach einer Mindestanzahl von der Normalfrequenz abweichender Impulse Alarm gegeben wird. Dadurch wird verhindert, dass z.B. nur durch Zigarettenqualm, den jemand in den Ionisations-Feuermelder geblasen hat, ein Signal ausgelöst wird. Die nach der Analog Digital-Umsetzung entstehenden Impulse können sowohl einer Anzeigelampe als auch zur Synchronisation einem Impulsgeber mit fester Impulsfolgefrequenz zugeführt werden.
In weiterer Ausgestaltung ist zur Überprüfung der Funktionskontrolle die Ansprechspannung des einen programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT) enthaltenden Schwellenwertschalters 4 durch Aufschalten einer höheren Spannung veränderbar. Durch das Aufschalten einer höheren Spannung ergibt sich die gleiche Wirkung wie bei einer Verminderung der Impulsfolgefrequenz des Schwellenwertschalters. Es wird der Triggerpunkt, die sogenannte Triggerspannung des nachfolgenden Impulsgenerators erreicht und somit die Auslösung des Alarmsignales bewirkt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass in ihr das Problem der Notwendigkeit von hohen Isolationswiderständen aufgrund des sehr geringen Ionisationskammerstromes zufriedenstellend gelöst ist. In der Strecke des Impulsgenerators, des Schalters zur Ionisationskammer, kann die gatesource Strecke eines Feldeffekt-Transistors liegen, dessen Sperrwiderstand in Sperrichtung ungefähr 1014 Ohm beträgt.
Damit liegt z.B. der Isolationswiderstand der Schaltstrecke um mindestens zwei Zehnerpotenzen höher als der Isolationswiderstand der Ionisationskammer.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die direkte Entladung des Kondensators vorteilhafterweise mittels eines Indikators, z.B. einer Lampe, anzeigbar ist. Bei jeder Kondensatorenladung blitzt die Lampe auf, wobei der Abstand der Lichtblitze ein Mass für die Rauchkonzentration ist. Dadurch kann der lonisations-Feuermelder gemäss vorliegender Erfindung an Ort und Stelle direkt zur Individualanzeige benutzt werden, wodurch diese Geräte auch durch Laien überprüfbar sind. Bei ordnungsgemäss funktionierendem Melder gibt die Lampe beispielsweise ungefähr alle 4 Sekunden einen kurzen Lichtblitz ab. Man kann also z.B. durch eine Zeitmessung von zehn aufeinanderfolgenden Blitzen mittels einer Stoppuhr die einwandfreie Funktion des Melders kontrollieren.
Der zeitliche Abstand zwischen zwei Blitzen ist eine dem durch die Ionisationskammer fliessenden Strom direkt proportionale Grösse. Dadurch ist es möglich, durch einfache Ausmessungen der Blitzzeit den Melder den herrschenden Umweltbedingungen optimal anzupassen. Bei ansteigendem Rauchpegel wird auch die Blitzzeit grösser und man kann durch Umschalten des Melders mit dem auf der Rückseite befindlichen Empfindlichkeitsschalter die Blitzzeit entsprechend reduzieren.
Zwei Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschliessend beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild vorliegender Erfindung,
Fig. 2 die an der Ionisationskammer oszillographierte Spannung bei Änderung des Ionisationskammerstromes (c und d) und die Vergleichsspannung des Vergleichsimpulsgenerators und
Fig. 3 ein Beispiel eines erfindungsgemässen lonisations- Feuermelders mit kompletter Schaltung.
Die Fig, 1 und 2 dienen zur Verdeutlichung der Analog Digital-Umnvandlung des Ionisationskammerstromes in eine Impulsfolge variabler Frequenz.
Gemäss Fig. 1 sind eine Ionisationskammer 1, die ein radioaktives Präparat enthält, und ein Kondensator 2 in Reihe geschaltet. An den Kondensator 2 ist als Impedanzwandler die gatesource-Strecke eines Feldeffekt-Transistors 5 gelegt. Die ser Feldeffekt-Transistor 5 steuert den Schwellenwertschalter 4 und dieser den Transistor 6 an. Der Transistor 6 entlädt den Kondensator 2 über die gate-source-Strecke des Feldeffekt Transistors 5. Gleichzeitig steuert der Schwellenwertschalter 4 einen Vergleichsimpulsgenerator an.
Bei staub- oder rauchfreier Ionisationskammer ergibt sich eine Impulsfolge gemäss Fig. 2c. Befindet sich nun Rauch in der Ionisationskammer 1, so nimmt der Kammerstrom entsprechend ab, der Widerstand der Ionisationskammer 1 wird grösser und der Kondensator 2 entsprechend langsamer aufgeladen. Es dauert also entsprechend länger, bis die Kondensatorspannung wieder auf ihren Schwellenwert gestiegen ist, bei welchem sie den Impulsgenerator erneut anstösst. Dementsprechend wird nun die Impulsfolgefrequenz gemäss Fig.
2d kleiner. In Fig. 2a und 2b ist die entsprechende Vergleichsspannung, herrührend aus dem Vergleichsimpulsgenerator, gezeigt. Jedesmal mit Erreichen der maximalen Kondensatorspannung erreicht auch die Vergleichsspannung einen festen Wert. Wird nun die Impulsfolgefrequenz des Schwellenwertschalters 4 kleiner, so wächst die Vergleichsspannung weiter an und erreicht einen Triggerpunkt, die sogenannte Triggerspannung. In diesem Fall wird ein nachgeschaltetes Signal ausgelöst.
Ein weiteres Beispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Ionisations-Feuermelder arbeitet mit einer einzelnen Ionisationskammer. Die Transistoren T2 und PUT dienen in Verbindung mit der Ionisationskammer als Analog-Digital Wandler. Der Kondensator Cl wird von durch die Ionisationskammer fliessenden Strom aufgeladen. Tl bildet einen Impedanzwandler, während T2 mit PUT einen durch P1 einstellbaren Schwellenwertschalter darstellt. Wenn die Spannung an Cl einen bestimmten durch Pl vorgegebenen Wert erreicht hat, so schaltet PUT kurzzeitig durch, T2 schaltet durch und entlädt über die gatesource-Strecke von T1 den Kondensator C1. Damit beginnt eine neue Periode.
Da der Strom durch die Ionisationskammer proportional der Rauchkonzentration in der Ionisationskammer ist, ist also der Abstand zwischen zwei Entladeimpulsen am Emitter von T2 ebenfalls direkt proportional der Rauchkonzentration, d.h.
der analoge Strom durch die Ionisationskammer wird in eine digitale Grösse, die Impulsfolgefrequenz, umgesetzt.
Der Abstand zwischen den Einzelimpulsen muss nun mit einem vorgegebenen Wert verglichen werden. Dies erfolgt durch einen synchronisierten Impulsgenerator, dargestellt durch Thl und UJT. Die Vergleichsimpulszeit wird durch P2, R17 und C6 vorgegeben. Die Synchronisierung erfolgt über die Diode D6 und Thl derart, dass, solange die von T2 kommende Impulsfolgefrequenz höher ist als die von UJT erzeugte Frequenz, vor Erreichen des Durchschaltpunktes von UJT die Ladung vom Kondensator C6 durch Thl abgeführt wird.
Die Entladung erfolgt über die Indikatorlampe LED, d.h., dass diese Lampe bei rauchfreier Umgebung mit der vom Analog-Digital-Wandler kommenden Impulsfolgefrequenz rhythmisch etwa alle 4 Sekunden aufleuchtet. Ein Ansteigen der Rauchkonzentration ergibt also eine Vergrösserung des Impulsabstandes bis zu dem Augenblick, in dem der Impulsabstand grösser als die vom Vergleichsimpulsgeber UJI erzeugte Impulszeit ist. In diesem Augenblick schaltet UJT durch, die Entladung von C6 erfolgt über UJT und R20. Der entstehende Impuls wird über C7 und R23 dem gate von Th2 zugeführt und bringt diesen Thyristor zum Ansprechen. Damit schaltet das Alarmrelais Rel. A und betätigt den Wechselkontakt a. Der durch das Alarmrelais Rel. A fliessende Strom teilt sich auf über R25, D4 und LED. Dadurch ist die Indikatorlampe LED zum Ansprechen gebracht.
Zur Rückstellung des Melders muss die an Puiikt 7 anliegende Betriebsspannung kurzzeitig unterbrochen werden.
Der Transistor T3 dient zur Betriebsspannungsstabilisierung. An die stabilisierte Spannung angeschlossen ist das Störmelderelais Rel. S. Bei ansteigender Spannung schaltet der Wechselkontakt s um und verbindet die Anschlussstecker 6 und 9. Diese Anschlüsse können für eine Störsignalisierung benutzt werden. Wenn diese Störsignalisierung so geschaltet wird, dass auf dem Anschlusspunkt 9 positive Spannung liegt, so wird bei Ausfall der an Punkt 7/8/10 anliegenden Versorgungsspannung oder bei Störung der Stabilisierung T3 durch das abfallende Störmelderelais Rel. S diese positive Spannung über Wechselkontakt s und R27 der Indikatorlampe LED zugeführt, signalisiert also den gestörten Melder.
Mit dem Schalter SW wird durch Verändern der Ansprechschwelle von PUT in drei Stufen die Impulszeit des Analog Digital-Wandlers geändert. Dadurch ist eine Stufenweise Empflndlichkeitseinstellung des Melders möglich.
Über den Anschlusspunkt 5 kann z.B. von der Zentrale her eine positive Spannung (24V) zugeführt werden. Damit wird über die Diode D2 die Ansprechschwelle des Analog-Digital Wandlers so hoch gelegt, dass die Impulszeit aufjeden Fall höher als die Vergleichsimpulszeit ist und somit der Melder zum Ansprechen kommt. Dadurch ist es möglich, die Alarmfunktion des Melders auf elektrischem Wege von der Zentrale aus auszulösen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch bei einer Drosimesskammer, welche auch eine Ionisationskammer ist, eingesetzt werden.
The invention relates to an ionization fire alarm with at least one ionization chamber containing a radioactive preparation and accessible to the outside atmosphere, to which a capacitor and a threshold value switch with a predetermined threshold value are connected.
An ionization fire alarm has become known from US Pat. No. 3,462,752, in which an ionization chamber and a capacitor are connected in series and a pulse generator is connected via a switch between the ionization chamber and the capacitor. The switch is closed periodically at the rate of the fixed pulse repetition frequency, the capacitor being discharged via this switch and the amount of charge used to switch a transistor circuit.
If there is smoke or dust in the ionization chamber, the ionization current decreases accordingly, which is why the charging capacitor of the ionization chamber is only charged slowly. If the amount of charge on this charging capacitor is now transferred to the transistor by means of the switch, this current is no longer sufficient to open the transistor, which is why the voltage on the second capacitor increases and activates another circuit which triggers an alarm signal.
In this circuit, a relay is used as a switch between the pulse generator and the ionization chamber, which results in isolation currents which can be of considerable importance with the low ionization currents. In terms of circuitry, this device is very difficult to calibrate, since no comparison values corresponding to a smoke-free ionization chamber can be used.
The invention is therefore based on the object of creating an ionization fire alarm of the type mentioned at the outset, which gives direct information about the smoke concentration without additional measuring instruments and can be precisely calibrated. Furthermore, the functionality and operational safety should be improved compared to conventional ionization fire alarms, in particular the ionization fire alarms should be able to be checked from a signal room.
The solution to this problem is that, according to the invention, there are means to convert the analog discharge current of the ionization chamber into a digital pulse train, the pulse train frequency of which is compared with a fixed pulse train frequency of a comparison pulse generator that is synchronized by the discharge pulses and triggers an alarm signal if not synchronized.
The advantage of the present invention is that here an analog-digital conversion of the ionization chamber current and thus of the capacitor current takes place into a pulse train of variable frequency. This pulse train of variable frequency is compared with a pulse train of fixed frequency. A deviation between the two frequencies then triggers a downstream signal.
The analog-digital conversion can e.g. by means of a voltage threshold value switch in such a way that when a predetermined voltage value is reached on a capacitor connected in series with the ionization chamber, the threshold value switch emits a pulse and at the same time the capacitor is discharged so that a new cycle can begin.
An impedance converter can be connected between the capacitor and the threshold value switch so that the very small ionization chamber currents can be amplified.
If a suitable field effect transistor is used in conjunction with a switching transistor for this impedance converter, this combination can simultaneously serve to discharge the capacitor as required.
The analog-digital conversion of the ionization chamber current into a pulse sequence of variable frequency can advantageously be given to a counter and the pulses can be counted in this way. The ionization fire detector can now be set so that an alarm is only given after a minimum number of pulses deviating from the normal frequency. This prevents e.g. A signal is only triggered by cigarette smoke that someone has blown into the ionization fire alarm. The pulses resulting from the analog-to-digital conversion can be fed to an indicator lamp or to a pulse generator with a fixed pulse repetition frequency for synchronization.
In a further refinement, the response voltage of the threshold value switch 4 containing a programmable unijunction transistor (PUT) can be changed by switching on a higher voltage for checking the functional check. Switching on a higher voltage has the same effect as reducing the pulse repetition frequency of the threshold value switch. The trigger point, the so-called trigger voltage, of the subsequent pulse generator is reached and the alarm signal is triggered.
A further advantage of the invention can be seen in the fact that it satisfactorily solves the problem of the need for high insulation resistances due to the very low ionization chamber current. In the path of the pulse generator, the switch to the ionization chamber, the gatesource path of a field effect transistor can be located, the blocking resistance of which is approximately 1014 ohms in the reverse direction.
Thus e.g. the insulation resistance of the switching path is at least two powers of ten higher than the insulation resistance of the ionization chamber.
Another advantage is that the direct discharge of the capacitor can advantageously be carried out by means of an indicator, e.g. a lamp, can be displayed. The lamp flashes every time the capacitor is charged, the distance between the flashes being a measure of the smoke concentration. As a result, the ionization fire alarm according to the present invention can be used directly on site for individual display, so that these devices can also be checked by laypeople. If the detector is working properly, the lamp emits a short flash of light approximately every 4 seconds. So you can e.g. Check the correct function of the detector by measuring the time of ten successive flashes using a stop watch.
The time interval between two flashes is a quantity that is directly proportional to the current flowing through the ionization chamber. This makes it possible to optimally adapt the detector to the prevailing environmental conditions by simply measuring the flash time. As the smoke level rises, the flash time also increases and you can reduce the flash time accordingly by switching the detector with the sensitivity switch on the back.
Two examples of the invention are shown in the drawing and described below. It shows:
1 shows a basic circuit diagram of the present invention,
2 shows the voltage oscillographed at the ionization chamber when the ionization chamber current changes (c and d) and the comparison voltage of the comparison pulse generator and
3 shows an example of an ionization fire alarm according to the invention with a complete circuit.
FIGS. 1 and 2 serve to illustrate the analog-digital conversion of the ionization chamber current into a pulse train of variable frequency.
According to FIG. 1, an ionization chamber 1, which contains a radioactive preparation, and a capacitor 2 are connected in series. The gate source path of a field effect transistor 5 is connected to the capacitor 2 as an impedance converter. The water field effect transistor 5 controls the threshold switch 4 and this the transistor 6 on. The transistor 6 discharges the capacitor 2 via the gate-source path of the field-effect transistor 5. At the same time, the threshold switch 4 controls a comparison pulse generator.
If the ionization chamber is dust-free or smoke-free, a pulse sequence according to FIG. 2c results. If there is now smoke in the ionization chamber 1, the chamber current decreases accordingly, the resistance of the ionization chamber 1 increases and the capacitor 2 is charged correspondingly more slowly. It therefore takes longer until the capacitor voltage has risen again to its threshold value at which it triggers the pulse generator again. Accordingly, the pulse repetition frequency according to Fig.
2d smaller. In Fig. 2a and 2b the corresponding comparison voltage, originating from the comparison pulse generator, is shown. Each time the maximum capacitor voltage is reached, the comparison voltage also reaches a fixed value. If the pulse repetition frequency of the threshold value switch 4 now becomes smaller, the comparison voltage continues to grow and reaches a trigger point, the so-called trigger voltage. In this case, a downstream signal is triggered.
Another example of the invention is shown in FIG.
The ionization fire alarm works with a single ionization chamber. The transistors T2 and PUT serve in connection with the ionization chamber as analog-digital converters. The capacitor C1 is charged by the current flowing through the ionization chamber. T1 forms an impedance converter, while T2 with PUT represents a threshold value switch that can be set by P1. When the voltage at Cl has reached a certain value specified by P1, PUT switches through briefly, T2 switches through and discharges capacitor C1 via the gatesource path from T1. A new period begins.
Since the current through the ionization chamber is proportional to the smoke concentration in the ionization chamber, the distance between two discharge pulses at the emitter of T2 is also directly proportional to the smoke concentration, i.e.
the analog current through the ionization chamber is converted into a digital quantity, the pulse repetition frequency.
The distance between the individual pulses must now be compared with a specified value. This is done by a synchronized pulse generator, represented by Thl and UJT. The comparison pulse time is specified by P2, R17 and C6. The synchronization takes place via the diode D6 and Thl in such a way that, as long as the pulse repetition frequency coming from T2 is higher than the frequency generated by UJT, the charge from the capacitor C6 is discharged through Thl before the switching point of UJT is reached.
The discharge takes place via the indicator lamp LED, i.e. that this lamp lights up rhythmically about every 4 seconds in a smoke-free environment with the pulse repetition frequency coming from the analog-digital converter. An increase in the smoke concentration results in an increase in the pulse interval up to the moment when the pulse interval is greater than the pulse time generated by the comparison pulse generator UJI. At this moment UJT switches through, C6 is discharged via UJT and R20. The resulting pulse is fed to the gate of Th2 via C7 and R23 and makes this thyristor respond. This switches the alarm relay Rel. A and actuates the changeover contact a. The current flowing through the alarm relay Rel. A is divided over R25, D4 and LED. This causes the LED indicator lamp to respond.
To reset the detector, the operating voltage applied to Puiikt 7 must be briefly interrupted.
The transistor T3 is used to stabilize the operating voltage. The fault signaling relay Rel. S is connected to the stabilized voltage. When the voltage rises, the changeover contact s switches and connects the connector 6 and 9. These connections can be used for fault signaling. If this fault signaling is switched in such a way that there is positive voltage at connection point 9, if the supply voltage present at point 7/8/10 fails or if stabilization T3 is disturbed by the failing alarm relay Rel.S, this positive voltage is transmitted via changeover contact s and R27 is fed to the LED indicator lamp, so it signals the faulty detector.
The switch SW changes the pulse time of the analog-digital converter by changing the response threshold of PUT in three steps. This enables a step-by-step sensitivity setting of the detector.
Via the connection point 5, e.g. a positive voltage (24V) can be supplied from the control center. The response threshold of the analog-digital converter is thus set so high via diode D2 that the pulse time is definitely higher than the comparison pulse time and the detector therefore responds. This makes it possible to trigger the alarm function of the detector electrically from the control center.
The device according to the invention can also be used in a Drosimeasurement chamber, which is also an ionization chamber.